景观的传统和最新研究方法地理系统模式和景观学的数学化

景观是一种如此复杂的对象，只有采取多种研究方法才能进行研究。野外观察是认识景观的开始和基础。最初的野外观察是在考察研究的过程中，也就是在运用传统的经过考验的地理学方法的过程中进行的。适合于景观学考察的方法，应具有景观测量的性质。它的内容包括揭示地理系统，把它描绘在图幅上并加以叙述。根据研究所要求的详简程度的不同，测量的对象、比例尺和具体的（局部的）方法也会有所不同。一般作为研究的直接对象是限区或相。在以限区为直接研究对象时，具有路线测量性质（这通常是会有的），而以相为直接研究对象时，则以面积测量为主。路线测量要以详细制图和典型的或关键的地段的研究相结合。此外，照例还要有选择地收集一些综合剖面，以便沿着特定的方向把相的共轭系列概括出来。

直到目前为止考察研究的成果仍然是景观资料的主要来源（不要只注意到那些间接的即局部的、有关景观个别组成成分的资料，因为这些资料常常是残缺不全和彼此勉强凑合起来的）。采用现代结构—动态观点来认识景观，需要对景观的功能和动态的“机制”作深入的了解，传统的考察方法仍有必要，但是已经不够了。路线测量不可能描述景观的各种各样的状况，也不可能得出有关景观功能十分完整的概念，因为在沿着路线不断活动的条件下，注意力主要集中在景观外部特征上，而这些又不需要组织长期观察和测量（例如地形、植被、土壤剖面以及景观学家在测量一瞬间所遇到的更真实的景观外貌等）。

因此，现在认为开展景观定位研究，即在固定作为定位研究地段剖面上对地理系统作长期的整年的研究有着重大的意义。定位研究与路线考察相比，其主要优越性在于：它能在不同状态下和这些状态不断变化（即不是在静力学而是在动力学）的过程中去观察景观；能获得有非常多参数的情报；能使用更精确的观察方法，特别是能使用各种各样的测量仪器；能获得有许多数量指标的成果。

目前类似的定位研究站只有少数几个。远东和西伯利亚地理研究所已经取得了开展定位研究（在泰加林和草原地带）的最重要的经验。研究工作是在拥有许多典型相序列的实验场进行的，方法是采用综合整理法，也就是对相的自然状况（包括辐射和热平衡、水分动力学、化学元素的迁移、生物量的增殖等）进行共轭研究。综合整理法是传统的综合景观剖面法的进一步发

展，对这一传统方法前面早已提及。苏联科学院地理研究所在库尔斯克省也开展了综合定位（站）研究工作。

不论是路线考察还是定位研究，对于野外调查材料都有一个重要的要求，即要有统一的严格规定的形式，这样就可使主观因素的影响减少到最低限度，而且也便于进一步用计算机加以处理。为此就需要制定描述相、限区和景观的专门的统一的表格，同时也要使用打孔信息卡。

景观学家下一阶段的任务就是分析和综合野外资料，从所观察的事实中建立经验关系式。这项工作主要是采用地理比较法为基础。这个方法也是苏联科学的传统方法，但是目前它在很大程度上已增加了新的内容。

比较法最重要的组成部分是制图法，也就是对图幅进行分析和比较，其目的是揭示各种现象的规律和相互关系。同样研究航空片和卫星片也有很大意义，它们能够提供独特的自然综合体模式，并且能在一定程度上使地理系统艰巨的野外调查为暗室研究所代替。

把历史方法和比较方法结合起来。历史方法对于研究景观动力学和景观的发展趋势是必要的，它把不同年代的图幅、航空片和卫星片乃至记录本的比较，都作为从属方法列入其中。此外，还有一整套研究景观时间变化的特殊的工作方法、手段和方式（例如，孢粉分析、树木年代学方法、确定绝对年龄的各种方法等）。

为了使野外资料和相互联系分析系统化，采用了数学方法，这是研究景观方法论的最新趋势。尽管使用的范围和可能性还不十分明确，但是数学的许多部分已经引起景观学家的兴趣。毫无疑问，运用数理统计是有前途的，因为地理学家正好碰到相关关系的问题，相关关系取决于大量往往无法统计的因素和条件，因此，算出平均值、确定偏离它们的程度、联系的密切度和相关系数是很重要的。为了鉴定研究成果的可靠性（和错误的可能性）程度，深入研究景观地理的预测方法和概率论，也可能在景观学中广泛地利用起来；应用数理逻辑的经验（为了制定自然综合体分类方法而采用的），以及应用现代数学其它领域的某些经验是人所共知的。

然而景观学的数学化必然会遇到许多困难。既要避免轻视也要避免夸大数学方法的作用的倾向。还应记住，数学本身不能解释地理现象，而只能在解释地理现象时起辅助作用。Д.Л.阿尔曼德曾写道：“地理的实际情况要是不进行重大简化，就用数学语言来表达是太复杂而且方面也太多了；但与此同时，数学语言是如此灵活多样，若不使用它来表达那怕是一些基本地理规律也是失策的①。”

任何科学研究包括景观在内，它的最高水平就是理论探索。在这里同样需要有自己的方法论，但是从理论高度认识方法论问题，这方面研究还很薄弱。毫无疑问，数学方法在这里被认为起了巨大的作用。现在许多科学部门都建立了模式，它作为认识方法包括最高水平的认识方法，具有特殊的意义。

模式对于地理学来说并不是什么新鲜或特别的东西。可以证实地理学家们经常使用研究对象包括自然和社会经济方面的模式，而且还在研究工作的不同阶段和条件下使用它。模式一般不能与认识过程分开。模式是现实客观的模拟，它代替客体但又不是简单的复制，而是在总体和选择中仿造出来的。

① Д.Л.阿尔曼德：《论景观科学》，莫斯科，1975 年，第 81 页。同时参阅В.С.普列奥布拉任斯基：《关于当代自然地理学的谈话》，莫斯科，1972 年。

模式提供了在系统中选取主要的、摒弃局部的、偶然成分的可能性。这方面它的重要科学意义在于：它能减轻系统结构与功能的研究工作并作为预测的工具。

模式可分为两种：一种是具体模式或称物质模式，它们或者就是那个自然体的原形，或者是根据其几何学、物理学或其它特点复制的（例如水利枢纽或水流模式）；另一种是形象模式或称抽象模式，其中具有标志意义的是地理模式和数学模式，也可以把口述记录、统计表和打孔信息卡归并进去。建立任何一种复杂系统的统一模式是不可能的。这一点与研究极复杂系

统的地理学关系特别密切。正因为如此，地理学家使用的模式类型非常不同。地理模拟在野外就已开始了。关键地段、实验场地剖面线不是什么别的，

正是景观的实物模式。在这里所说的模拟的内容是：首先，它研究和描述的不是全部景观，而仅仅是它的某些代表（有代表性）部分，其次，所研究的不是所有的组成因素和过程（实际上也不可能做到），而仅仅是对研究人员提供的主要的本质的东西。至于自然模式本身，就是保持了最重要特性和功能的缩制品，对于景观说来，未必能复制（即使复制也不能复制出生物部分来）。自然模式能够复制的，仅仅是几个部分，恰好就是景观中的几个自然过程（水文和地貌过程）。

地图，这个特殊的地理模式，现在已经在地理学中广泛地应用，应将它列入符号的模式类型。航空片和卫星片恰好是影象和成图之间过渡的模式类型。剖面曲线图——一种特有的地理系统的垂直剖面（图 18 和图 23），它近似于地图。其次应该提到的是举例说明景观组成成分之间相互联系的图解示意图（关于这方面的问题下面还要详细地讨论），最后也必须指出，数学模式已开始引起地理学家的强烈关注。

这里把地理模拟的主要方法均列入到序列之中，这个序列大体上符合于从观察到建立理论的上升过程，也就是符合于从景观固有的许多事实中逐渐抽象化，选择主要的，进行愈来愈大的简化和概括，以及在建立数学模式阶段实行公式化的过程。

可见，模拟方法的选择取决于研究阶段，除此之外也取决于研究过程中提出的具体任务，取决于我们打算研究的地理系统的性质，根据后一情况，可将地理模式有条件地分为空间模式、功能模式和动态模式。

地图，这个任何地理对象的万能空间模式，是反映（模拟）空间关系（例如景观各个形态部分）较好的方法，当然，这并不意味着地图只供模拟空间结构之用。它还可以利用来研究地理系统的功能和动态。为此目的，已经拟订了一些特殊的方法（例如运动线法、等时间法等等），在这方面地图的作用还远远没有发挥。另一方面，在研究空间结构时，地图会丧失其特殊性；最近，利用数学开展了建立空间关系的尝试，特别是利用公式来描述景观的形态结构，借以反映景观形态的一致性或非一致性的程度、个别组成部分的频率和机率等等。当然，同时还对许多局部形态的细节进行抽象化的工作。但是，应该强调：没有地图，想建立景观空间的数学模式是不可能的，实际上，地图仍然是建立模式唯一的最基本的来源。

为了模拟空间结构，图解法也广泛地被采用。因此，应该把图 3、图 6

—11、图 13—17 作为整个表成地圈空间结构的不同模式来进行研究。请注意，现在功能模式已成为地理学家的注意中心。它的使命是把景观内在联系的复杂系统反映出来。具体的地理系统的功能模式可以在地图和剖面图的基

础上建立起来，其办法是利用线段、箭头、数字等附加符号，把物质和能量流，标示在地图和剖面图上，正如Ф.А.弗里什对外贝加尔湖东部几个景观所做的那样。这些模式实际上既是空间模式又是功能模式。但是，模式往往以图表，即几何图的形式建立起来，例如图 25，在几个顶角部分表示亚系统、组成成分或地理系统的某种属性，而其边线则表示它们之间的联系。因此，在这里要进一步实现抽象化就得依靠排除各因素之间的空间关系。根据В. Б.索恰瓦的意见，图解与其说是地理系统的模式，倒不如说是确定模式内部联系的原始文献①。

最简单的图形（图 25）不能揭示事物的本质，仅仅是提供了最一般的原则性的联系的示意图。制作更详细的相互联系的示意图，并把这些示意图划分为组成因素之间的和系统之间的、内部的和外部的、能量的和物质的等等一些尝试，都是人所共知的。参加这项工作的有В.С.普列奥布拉任斯基、Г.里赫捷尔（德意志民主共和国）、Я.德尔多什（捷克斯洛伐克社会主义共和国）和其他地理学家。但是所有这些尝试目前还停留在理想示意图的水平上，没有一个应用来分析某一个具体景观。类似包罗万象的各种模式示意图是太复杂了。大家知道，利用一个模式非常全面而深入地揭露景观的结构是不可能的。因此，工作的进行就要从把一个结构分成若干环节或功能入手，由此我们很自然地得到了三种功能分析模式，即能量模式、物质模式和信息模式。在外表上这些模式都很相似：每一个模式都由若干组合所构成，这些组合都有接受、改造和传递物质、能量或信息的能力，都有联系的路线（渠道），而在方向性和本质上又各有不同（例如，在信息模式中就有直接的和反馈的，正的和负的）。许多分析模式都属于平衡模式，并反映了不同形式的物质和能量循环。这类例子很多，其中在表成地圈中的太阳能的转化示意图（图 4）和水分循环示意图（图 5）均属于这个类型。

功能模式的性质在很大程度上取决于被研究的地理系统的级别（等级）。大家知道，相的内部结构是由垂直的也就是组成成分之间的联系所决定的。当然，相的模式组合仅仅是其组成成分（或层次）——母岩、土壤、光合作用等等。但对于景观来说，除了垂直联系以外，还有相之间的水平联系，也就是说景观模式应包括某些单个的相和特殊的组合。由此，我们可以得到两个有原则区别的模式类型——单元系统和多元系统（根据В.С.普列奥布拉任斯基的命名）。

建立多元系统的模式并把它们联结起来，在方法论上是有很大困难的，目前这些困难尚未被克服。实际上现在在景观模拟方面的试验还未超出建立“单元系统”也就是相模拟的范围之外。在这方面西伯利亚和远东地理研究所的工作是非常出色的。尽管我们在当初关于动态模式所提的某些意见是合乎情理的。但我们回到这项工作上来确实太晚了。

动态模式应该反映地理系统状况的更替现象。既然每种状况只能用许多参数才能说明，所以动态模式也是多种多样的，并具有分析的性质。动态模式可以一系列对比图解的形式来表现各种自然过程——气象现象、土壤水分动态、径流、雪被的形成和消退、植被的发育（其中包括生物量的增长和衰退）——的时间（通常是季节性的）进程。А.А.克拉乌克利斯在一篇论文

① В.Б.索恰瓦：《关于地理系统的学说》《新西北利亚》，1975 年，第 10 页。

中①就引用了安加拉河地区泰加林相的这些图解作为例证。Н.Л.别鲁恰什维里持有一些不同的观点。他根据相的不同情况（根据季节和天气条件）②对同一个相制订了一套功能模式。

В.А.斯内特科进行了制定相的空间—时间模式的尝试。模式就是在各种共轭系列的相里许多单项指标（土壤水分蓄积量、活性钙和活性镁、生物量）时间进程的图解（等值线图）（图 26）。

根据现状而制定地理系统的功能动态模式有两个主要的局限性：1.实际上一切具体的（内容丰富的）模式都属于“单元系统”或“地理测量”的范畴，即所制定出来的模式只适合于相的需要；2.这些模式具有分析的性质，即根据个别过程、功能和状况对地理系统的结构提出了划分指标。显而易见，以统一的综合模式的形式来综合所有局部结构的尝试必然导致结构非常复杂，而这种结构未必能在平面上用图解法画出图来。我们应该关注功能作用的各个环节（动力学、水分循环、元素的迁移、生物量的增长）之间的联系。仅仅依靠某一类图表未必能研究上述功能，这时，应该借助于数学模式。

数学模式，就是把地理系统的一组参数（例如径流、生物生产率）作为未知数，而把另一组参数（辐射平衡、水分蓄积量等）作为已知数的方程和方程组。数学模式，这是描述地理系统最普遍的抽象的形式，其中有加有减，综合成高的等级就要加，但同时不可避免地要屏弃一些细节，即不考虑次要因素和各种细节，这就有可能接近最普遍的规律，这些规律也可能进一步转移到尚未研究的景观上，并利用来进行景观地理的预测预报。数学模拟使我们有可能利用电子计算机来加工，用任何别的方法都难以综合的大量材料。

然而数学模式这种属性也会产生许多限制和困难，正如В.С.普列奥布拉任斯基所指出：方法上的主要困难是与从语言模式变为数学模式和反过来由数学模式变为地理实际这一过程有关。向“数学语言”过渡，正如上面已谈到的，需要屏弃许多起具体作用的细节，极其认真地精选为数最少的参数。考虑到在地理系统中存在实际上从未充分估计和观测的大多数起作用的因素这种情况，因此数学相关式只能用随机方法（概率方法）。很重要的一点就是要选用与所提出的地理任务完全相符的数学资料。

由地图和内容丰富的图解模式过渡到数学模式，显然应该循序渐进地进行。现在这样研究的事例极为罕见。大家所熟知的只有西伯利亚和远东地理研究所在东部外贝加尔湖草原相的模拟试验①。

建立地理系统的数学模式，对 原始资料的质和量提出了很高的要求，也就是要求野外资料要完整、可靠、准确，否则建立任何数学模式都是不可能的。

由于这个缘故不得不指出一个有害的倾向，就是在许多地理学者中间，所出现的把最新的先进的数学方法和好象是陈旧的传统的野外和制图方法对立起来的倾向。这种对立情绪使许多地理学家失去了理智。新的方法丰富了地理研究方法论的武库，但是无论如何代替不了老的方法，何况没有老的方法作基础，新的方法也不可能发展起来。在科学研究方法的系统中，一切环

① 参阅《安加拉河地区南泰加林》，列宁格勒，1969 年，第 103 页。

② 参阅《景观选集》，梯比里斯大学出版社，1972 年，第 100—115 页。

① 参阅《草原地理系统的拓扑学》，列宁格勒，1970 年，第 174 页。

节都很重要。可以肯定地讲，在地理学中缓慢地运用数学方法，决不能解释为对数学方法采取保守的态度和害怕困难，而是为了保持野外特别是定点研究方法，以保证地理科学继续存在下去。

地理学家不能指靠数学资料为其收集事实、思考和解决它的问题。地理数学化的积极支持者Д.Л.阿尔曼德强调指出：推导经验公式，特别是推导理论公式光知道数学还不够，而首先应该熟悉地理。他写道：“经验方程式是自然地理过程的模式，但是它们模拟的只是地理系统的外部特性。这些模式从原物特性中看来只吸取了这个系统的皮毛。它们照原物复制，就象按真正的汽车复制的那种有弹簧发条的玩具汽车那样，其内部机制与真正的汽车毫无共同之处，只是象真正汽车那样开动一下而已”①。Д.Л.阿尔曼德正确地指出：唯有理论模式才是有价值的模式，解决地理问题不是数学方法所能完成的。

А.М.别尔梁特在比较各种地理模式的特点以后得出结论：“制图模式比其它模式包括数学模式，更符合地理特点”②。特别是地图具有比例尺和量测性、直观性、一览性等特点，这些都是数学模式所没有的。А.М.别尔梁特强调指出：数学不应该在地理学中脱离地图来运用。最好的方法是在地图的基础上建立数学模式，然后又重新改造成地图，也就是先从分析数学模式得出结论，然后以最好的方法，再一次描述在地图上。数学模式恰好起中间媒介作用。